基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)

華中科技大學(xué)華中科技大學(xué)基礎(chǔ)工程課程設(shè)計(jì)計(jì)算書學(xué)院：土木工程與力學(xué)學(xué)院專業(yè)班級(jí)：學(xué)號(hào)：姓名：2017年1月TOC\o"1-2"\f\u一、設(shè)計(jì)資料 11、設(shè)計(jì)題目 12、基礎(chǔ)工程方案 13、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容 2二、場(chǎng)地條件和荷載取值 21、場(chǎng)地條件 22、荷載取值 3三、鉆孔灌注樁計(jì)算 31、確定單樁承載力 32、確定樁數(shù)及間距 53、樁基承載力驗(yàn)算 54、承臺(tái)設(shè)計(jì) 6四、預(yù)應(yīng)力管樁計(jì)算 91、確定單樁承載力 92、確定樁數(shù)及間距 103、樁基承載力驗(yàn)算 114、樁基沉降計(jì)算 115、單樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 116、承臺(tái)設(shè)計(jì) 12五、方案比較 13六、結(jié)論與建議 14七、參考文獻(xiàn) 14一、設(shè)計(jì)資料1、設(shè)計(jì)題目鐘祥市醫(yī)藥研究所健康家園概況：鐘祥市醫(yī)藥研究所在鐘祥市祥瑞大道擬建健康家園，共擬建二幢住宅樓（23層），設(shè)有二層裙樓商鋪，框剪結(jié)構(gòu)，擬采用樁基礎(chǔ),主樓設(shè)一層地下室，地下室基礎(chǔ)埋深4.5m。項(xiàng)目場(chǎng)地巖土工程條件詳見(jiàn)“鐘祥市醫(yī)藥研究所健康家園場(chǎng)地巖土工程勘察報(bào)告”、平剖面。2、基礎(chǔ)工程方案鐘祥市醫(yī)藥研究所健康家園擬采用鉆孔灌注樁與預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)方案。鉆孔灌注樁采用旋挖孔施工方案，預(yù)應(yīng)力管樁采用靜壓施工方案。灌注樁混凝土強(qiáng)度取C30，鋼筋保護(hù)層厚度取35mm；樁基承臺(tái)混凝土強(qiáng)度取C25，保護(hù)層厚度不小于50mm。樁身與承臺(tái)配筋采用Ⅱ級(jí)普通圓鋼筋。執(zhí)行規(guī)范為湖北省地方標(biāo)準(zhǔn)《建筑地基基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)范》（DB42/242-2003）的第十章、《預(yù)應(yīng)力混凝土管樁基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》（DB42/489-2008）的第七章。3、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容針對(duì)該小區(qū)2#樓（7--7、8--8剖面）中的某一勘探點(diǎn)（自選），分別設(shè)計(jì)鉆孔灌注樁方案、預(yù)應(yīng)力管樁方案（采用中柱荷載），并進(jìn)行方案比較。二、場(chǎng)地條件和荷載取值1、場(chǎng)地條件擬建場(chǎng)區(qū)位于鐘祥市祥瑞大道西側(cè)，北東西三側(cè)為空地。場(chǎng)地地貌單元屬漢江一級(jí)階地，地勢(shì)平坦，場(chǎng)地高程41.32-42.71m，相對(duì)高差0.92m，場(chǎng)區(qū)主要出露一套第四系全新統(tǒng)沖洪積地層，表層為雜填土，上部為粉質(zhì)粘土，下部為粉砂及礫石層，底部為白堊系粉砂質(zhì)泥巖。自上而下土層依次如下：①號(hào)土層：雜填土，稍濕，松軟。②號(hào)土層：粉質(zhì)黏土，可塑，全場(chǎng)均有分布。③號(hào)土層：粉砂，稍密，飽和，平均厚度6.84m。④號(hào)土層：圓礫，飽和，稍密，平均厚度7.17m。⑤號(hào)土層：強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，完整程度屬破碎，平均厚度2.19m。⑥號(hào)土層：中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖，巖石完整性較差，最大揭露厚度10.50m。場(chǎng)地地貌單元屬漢江一級(jí)階地，沉積一套第四系全新統(tǒng)沖洪積地層，表層為雜填土，上部為粉質(zhì)粘土，下部為粉砂及礫石層，底部為白堊系粉砂質(zhì)泥巖。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，場(chǎng)地及其周邊無(wú)污染源存在，綜合判定，場(chǎng)地地下水和土對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)及對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋具微腐蝕性。根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2008）表4.1.6規(guī)定可得，本地區(qū)抗震設(shè)防烈度6度要求采取抗震構(gòu)造措施。地基基礎(chǔ)的抗震措施，應(yīng)符合有關(guān)規(guī)定，同時(shí)應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度確定其地震作用。場(chǎng)區(qū)③層為粉砂，根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2011）可不進(jìn)行砂土液化的判別。2、荷載取值框架中柱設(shè)計(jì)荷載為13500kN，F(xiàn)=N+150×02=300kN，調(diào)整后的中柱荷載為13800kN。材料選擇鉆孔灌注樁?；炷翉?qiáng)度取C30，鋼筋保護(hù)層厚度取35mm；樁基承臺(tái)混凝土強(qiáng)度取C25，保護(hù)層厚度不小于50mm。樁身與承臺(tái)配筋采用Ⅱ級(jí)普通圓鋼筋。三、鉆孔灌注樁計(jì)算1、確定單樁承載力建筑物基礎(chǔ)設(shè)計(jì)方案采用鉆孔灌注樁，選擇勘探點(diǎn)K7。具體初步選型設(shè)計(jì)方案如下：樁基重要度系數(shù)為1.0，擬采用截面為圓形的混凝土灌注樁，以⑥層作為持力層，因此選取樁徑800mm，樁長(zhǎng)25.05m，深入持力層6.4m。承臺(tái)頂面標(biāo)高-4.5m，厚度2100mm，大小6.0m×3.4m，樁插入承臺(tái)50mm。（1）考慮樁身材料強(qiáng)度方面確定按照樁身強(qiáng)度確定單樁豎向承載力時(shí)，可以將樁視為軸心受壓桿件，在豎向荷載作用下，將發(fā)生縱向撓曲破壞而喪失穩(wěn)定性，因此驗(yàn)算時(shí)候尚需考慮縱向撓曲影響，應(yīng)乘以縱向撓曲系數(shù)（穩(wěn)定系數(shù)），此處為1.0，由于配筋尚未知曉，所以先單獨(dú)算混凝土能夠提供的承載力設(shè)計(jì)值，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》(GB50010-2010)，鋼筋混凝土樁單樁豎向承載力設(shè)計(jì)值為式中：R——單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；——混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(kPa)；——縱向鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值(kPa)；Ap——樁身的橫截面積(m2)；Ag——縱向鋼筋的橫截面積(m2)；φ——樁的穩(wěn)定系數(shù)，對(duì)低承臺(tái)樁基，考慮土的側(cè)向約束可取φ=1.0；但穿過(guò)很厚的軟黏土層和可液化土層的端承樁或高承臺(tái)樁基，其值應(yīng)小于1.0；ψc——工作條件系數(shù)，預(yù)制樁取0.75，灌注樁取0.6~0.7(水下灌注樁或長(zhǎng)樁時(shí)用低值)；（2）考慮樁周土承載方面確定按照規(guī)范推薦的經(jīng)驗(yàn)公式法，根據(jù)《建筑樁基技術(shù)規(guī)程》(JGJ94-2008)單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值按下式計(jì)算：式中：——單樁豎向極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；——單樁總極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kN；——單樁總極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kN;——樁身周長(zhǎng)，m；——樁側(cè)第i層土的極限側(cè)阻力標(biāo)準(zhǔn)值kPa；——樁周第i層土的厚度，m；——樁端面積，m2；——樁端極限端阻力標(biāo)準(zhǔn)值，kpa。、——大直徑樁端阻、側(cè)阻尺寸效應(yīng)系數(shù)。這里均取1.0；層號(hào)側(cè)阻力特征值（kPa）端阻力特征值（kPa）=1\*GB3①雜填土10=2\*GB3②粉質(zhì)粘土26=3\*GB3③粉砂12=4\*GB3④圓礫60=5\*GB3⑤強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥40=6\*GB3⑥中風(fēng)化粉砂質(zhì)泥801500單樁豎向承載力標(biāo)準(zhǔn)值:2、確定樁數(shù)及間距中柱荷載設(shè)計(jì)值：承臺(tái)自重：?jiǎn)螛蹲饔眯?yīng)下需要的樁數(shù)：根，取為6根。樁的布置如下。滿足管樁的最小中心距要求。3、樁基承載力驗(yàn)算（1）單樁豎向承載力驗(yàn)算取承臺(tái)及其上土的平均重度；則樁頂平均豎向力設(shè)計(jì)值為（2）軟弱下臥層承載力驗(yàn)算用于勘測(cè)土層的承載力特征值逐漸加大，故不需要驗(yàn)算。（3）水平承載力驗(yàn)算上部無(wú)水平荷載，故無(wú)需驗(yàn)算樁基水平承載力。（4）樁身強(qiáng)度應(yīng)符合下式要求:樁軸心受壓時(shí)，即有，滿足。因建筑物對(duì)樁基沉降無(wú)特殊要求，而且樁端不存在軟弱下臥層，且樁群為端承型，樁底持力層剛硬，由樁身引起的樁頂沉降也不大，因此無(wú)需進(jìn)行沉降驗(yàn)算。4、承臺(tái)設(shè)計(jì)樁基承臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，承臺(tái)底鋼筋混凝土保護(hù)層厚度取50mm，受力鋼筋采用HRB335級(jí)鋼筋，初步設(shè)計(jì)中擬定承臺(tái)高2.1m，承臺(tái)尺寸6.0m×3.4m。樁頂伸入承臺(tái)50mm，鋼筋保護(hù)層取35mm，則承臺(tái)有效高度為（1）承臺(tái)受彎承載力計(jì)算扣除承臺(tái)和其上填土自重后單樁豎向力設(shè)計(jì)值垂直于x軸方向計(jì)算截面的彎矩設(shè)計(jì)值：垂直于y軸方向計(jì)算截面的彎矩設(shè)計(jì)值：選用25?32，，沿平行于X、Y軸方向均勻布置。（2）承臺(tái)受沖切承載力計(jì)算①柱對(duì)承臺(tái)的沖切Fl=F-ΣNi=13800kN受沖切承載力截面高度影響系數(shù)βhp計(jì)算：沖垮比λ與系數(shù)α的計(jì)算：取則由《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2010)所規(guī)定的材料力學(xué)性能指標(biāo)可以得到承臺(tái)混凝土C25抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為ft=1100kPa。=2×[0.988×(0.6+0.4)+2.1×(0.6+1.3)]×0.9×1270×2.015=22930kN>Fl=13800kN(滿足)②角樁對(duì)承臺(tái)的沖切角樁沖切，c1=1.4m,c2=1.1m，a1x=a0x，λ1x=λ0x，a1y=a0y，λ1y=λ0y。=2×[0.659×(1.4+0.4/2)+1.4×(1.1+1.3/2)]×0.9×1270×2.015=16142kN>Fl/6=2300kN(滿足)綜上可知，驗(yàn)算通過(guò)。（3）承臺(tái)受剪承載力驗(yàn)算對(duì)于受剪切承載力截面高度影響系數(shù)βhs，當(dāng)截面h0=2015mm，取h0=2000mm，此時(shí)，代入βhs計(jì)算公式：對(duì)于1-1斜截面，剪跨比與以上沖跨比相同λx=λ0x=0.65剪切系數(shù)(介于0.3~3之間)=7660kN>2Q=4712kN(滿足)對(duì)于2-2斜截面，剪跨比與以上沖跨比相同λx=λ0y=0.2剪切系數(shù)(介于0.3~3之間)=18596kN>3Q=7095kN(滿足)（4）局部受壓驗(yàn)算根據(jù)《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50007-2002)，當(dāng)柱或樁混凝土強(qiáng)度等級(jí)高于承臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)時(shí)，應(yīng)對(duì)承臺(tái)進(jìn)行局部受壓驗(yàn)算。因此對(duì)承臺(tái)進(jìn)行局部受壓驗(yàn)算。局部受壓承載力按下式計(jì)算：≤0.9式中：Fl——局部受壓面上荷載設(shè)計(jì)值；βc——混凝土強(qiáng)度影響系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度小于C50時(shí)，βc=1.0；βl——混凝土局部受壓強(qiáng)度增強(qiáng)系數(shù)；fc——混凝土軸心受壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；Aln——混凝土局部受壓面積；βcor——配置間接鋼筋的局部受壓承載力提高系數(shù)，；α——間接鋼筋對(duì)混凝土約束的折減系數(shù)；fyv——間接鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值；Acor——方格網(wǎng)式間接鋼筋內(nèi)表面范圍內(nèi)的混凝土核心截面面積，應(yīng)大于混凝土局部受壓面積Al，其重心應(yīng)與Al的重心重合，計(jì)算中按同上心、對(duì)稱的原則取值；ρv——間接鋼筋的體積配筋率；n1、As1——分別為方格網(wǎng)沿l1方向的鋼筋根數(shù)、單根鋼筋的截面面積；n2、As2——分別為方格網(wǎng)沿l2方向的鋼筋根數(shù)、單根鋼筋的截面面積。對(duì)于柱底，Ab為局部受壓時(shí)的計(jì)算面積。Ab=[bc+2×min(bc,hc)]×[hc+2×min(bc,hc)]=6.24m2滿足要求。對(duì)于樁底Ab=0.50m2樁頂承臺(tái)局部承壓驗(yàn)算滿足。四、預(yù)應(yīng)力管樁計(jì)算1、確定單樁承載力根據(jù)巖土勘察報(bào)告，圓礫全場(chǎng)分布，承載力高，可以作為持力層，故選為持力層。選擇的預(yù)應(yīng)力管樁，樁長(zhǎng)16.8m，一直打入持力層底部。承臺(tái)頂面標(biāo)高為。承臺(tái)厚度為2100mm，大小為6m×6m。樁插入承臺(tái)。由規(guī)范，可按下式進(jìn)行估算：qsia——第i層土的側(cè)阻力特征值；qpa——端阻力特征值，按地區(qū)經(jīng)驗(yàn)取值；AG——樁端橫截面面積(含土塞面積)；u——樁身橫截面周長(zhǎng)；li——樁側(cè)第i層土中的樁長(zhǎng)。由巖土勘察報(bào)告：層號(hào)側(cè)阻力特征值端阻力特征值=1\*GB3①雜填土11=2\*GB3②粉質(zhì)粘土24=3\*GB3③粉砂16=4\*GB3④圓礫6045002、確定樁數(shù)及間距中柱荷載設(shè)計(jì)值：承臺(tái)自重：?jiǎn)螛蹲饔眯?yīng)下需要的樁數(shù)：根，取為9根。樁的布置如下圖。滿足管樁的最小中心距要求。3、樁基承載力驗(yàn)算（1）豎向承載力驗(yàn)算樁基安全等級(jí)為二級(jí)，故樁基安全性系數(shù)為1.0。軸心豎向力作用下。（2）軟弱下臥層承載力驗(yàn)算用于勘測(cè)土層的承載力特征值逐漸加大，故不需要驗(yàn)算。4、樁基沉降計(jì)算因建筑物對(duì)樁基沉降無(wú)特殊要求，而且樁端不存在軟弱下臥層，且樁群為端承型，樁底持力層剛硬，由樁身引起的樁頂沉降也不大，因此無(wú)需進(jìn)行沉降驗(yàn)算。5、單樁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力管樁混凝土強(qiáng)度取C80，鋼筋保護(hù)層厚度取35mm，樁的截面尺寸為直徑，樁長(zhǎng)16.8m。螺旋箍筋采用，預(yù)應(yīng)力筋為。起吊時(shí)采用雙點(diǎn)吊，吊點(diǎn)的位置距樁頭及其端部均為。起吊時(shí)樁身最大彎矩為,其中，為樁的自重，為樁長(zhǎng)?？紤]到預(yù)制樁吊運(yùn)時(shí)可能受到?jīng)_擊和振動(dòng)的影響，規(guī)范規(guī)定，計(jì)算吊運(yùn)彎矩時(shí)，宜將樁身重力乘以1.3的動(dòng)力系數(shù)K，單樁長(zhǎng)大于15米。另外，樁自重尚應(yīng)乘以恒載分項(xiàng)系數(shù)，取1.2。每延米樁的自重：對(duì)于預(yù)制的預(yù)應(yīng)力管樁，配有16φ9預(yù)應(yīng)力筋，8φ12的錨固筋，顯然滿足起吊要求。6、承臺(tái)設(shè)計(jì)樁基承臺(tái)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，承臺(tái)底鋼筋混凝土保護(hù)層厚度取50mm，受力鋼筋采用HRB335級(jí)鋼筋，初步設(shè)計(jì)中擬定承臺(tái)高3.0m，承臺(tái)尺寸。（1）矩形承臺(tái)受彎計(jì)算扣除承臺(tái)和其上填土自重后單樁豎向力設(shè)計(jì)值垂直于y軸方向計(jì)算截面的彎矩設(shè)計(jì)值：配筋：選用25?32，，沿平行于x軸方向均勻布置。垂直于x軸方向計(jì)算截面的彎矩設(shè)計(jì)值：同上。（2）沖切計(jì)算=1\*GB3①柱對(duì)承臺(tái)沖切=2\*GB3②角樁對(duì)承臺(tái)的沖切、、、滿足角樁向上沖切要求。=3\*GB3③承臺(tái)受剪切承載力計(jì)算對(duì)于斜截面，剪跨比故剪切系數(shù)：，則有,滿足要求。五、方案比較（1）鉆（沖）孔灌注樁：對(duì)地層的適應(yīng)性強(qiáng)，布樁靈活，根據(jù)上部荷載的大小和單樁承載力不同，可以采用不同的樁徑和樁長(zhǎng)。如采用鉆孔灌注后壓漿工藝，可提高灌注樁單樁豎向承載力20——30%，消除沉渣對(duì)承載力的影響。（2）預(yù)應(yīng)力管樁該樁型具有施工速度快，單樁豎向承載力高，造價(jià)較低，現(xiàn)場(chǎng)清潔文明，質(zhì)量可靠的優(yōu)點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力管樁屬擠土型樁，樁端進(jìn)入中風(fēng)化泥巖層有一定困難。由于場(chǎng)地上部粉質(zhì)粘土較軟，夾淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土，呈流塑狀，當(dāng)采用管樁，應(yīng)對(duì)承臺(tái)下及承臺(tái)周邊土體進(jìn)行加固處理，造價(jià)相對(duì)較高。六、結(jié)論與建